JP4587061B2 - 部品自動組立て方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットによる部品の自動組立て、特に軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軸心及び位相を合わせなければ組み立てることができない部品をロボットにより自動で組立てる方法においては、ロボット先端に専用工具を設置してＣＣＤカメラなどにより位相を予め合わせた上で組立てを行う方法やロボット先端に設置された力センサの計測データから軸心合わせの移動方向や移動量を生成し軸心を合わせ、引き続き前記力センサの計測データから位相合わせの移動量を生成し、順次嵌合挿入を行う組立て方法があった。
【０００３】
その中において特開平０７−２４１７３３号公報には、ロボット先端に設置された力センサの計測データから軸心合わせの移動方向や移動量を生成し軸心を合わせ、引き続き前記力センサの計測データから位相合わせの移動量を生成し、順次嵌合挿入を行う組立て方法が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。
【０００４】
図１３は基本構成を示す正面図、図１４は図１３の部分拡大図である。図１３、図１４において、４軸力覚センサＳ１０はロボットＳ８の手首先端Ｓ８ａとＺ軸コンプライアンス機構Ｓ１２との間に設けられている。これにより４軸力覚センサＳ１０と６自由度コンプライアンス機構となる。これは、ＲＣＣ（ＲＥＭＯＴＥ ＣＥＮＴＥＲ ＣＯＭＰＬＩＡＮＣＥ）Ｓ１１は嵌合挿入方向以外の位置及び姿勢の５自由度をもつコンプライアンス機構であり、これにＺ軸コンプライアンス機構Ｓ１２を併用すると、６自由度のコンプライアンス機構となるからである。
【０００５】
図１５は組立対象部品を示す斜視図であり、図１５において、Ｓ１９は角形の穴部Ｓ１９ａを有する第１の部品、Ｓ２０は角形の穴部Ｓ１９ａが嵌合する角形の面取り部のある軸部Ｓ２０ａを有する第２の部品である。
【０００６】
図１６は組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図であり、Ｓ２１は第１の部品Ｓ１９を位置決め保持するための位置決め機構、Ｓ２２は第２の部品Ｓ２０をロボットＳ８に供給する部品供給機構である。
【０００７】
図１７は４軸力覚センサＳ１０の計測信号の伝達系の構成図を示すもので、Ｓ５１は４軸力覚センサＳ１０が計測したＸ，Ｙ，Ｚ方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びθ軸回りのモーメントＭｚを入力し、この各力及びモーメンを移動量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及びΔθに変換するマイクロコンピュータなどの演算器、Ｓ５２は演算器Ｓ５１からの移動量に応じて、第１の部品Ｓ１９と第２の部品Ｓ２０とを相対的に移動量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及びΔθ移動させるロボットコントローラである。
【０００８】
次に従来例の動作について説明する。まず、ロボットＳ８を作動させ、チャック機構Ｓ７で部品供給機構Ｓ２２によって供給された第２の部品Ｓ２０を把持する。そして、図１８に示すようにロボットＳ８を移動させてチャック機構Ｓ７によって把持された第２の部品Ｓ２０を、位置決め機構Ｓ２１によって位置決めされた第１の部品Ｓ１９の上方に位置決めする。次に、ロボットＳ８の手首Ｓ８ａを下降させて第２の部品Ｓ２０を第１の部品Ｓ１９に、ＲＣＣ Ｓ１１の作用により軸芯が合う押し付け力以上の力で押し付ける。
【０００９】
すると、第２の部品Ｓ２０を下降させる過程において、通常は第２の部品Ｓ２０は第１の部品Ｓ１９に対して若干軸芯がずれていることから、まず、第２の部品Ｓ２０の軸部下端の面取り部の一部が第１の部品Ｓ１９の穴部上端に接触する。このため、図１９に示すように、第２の部品Ｓ２０に対して矢印方向に力Ｆ１が作用する。この力Ｆ１によりＲＣＣ Ｓ１１が作用し、第２の部品Ｓ２０が軸芯を合わす方向に移動する。上記のように、力覚センサＳ１０とＲＣＣ Ｓ１１を併用していることにより、図２０に示すように軸芯ずれ量はＲＣＣ Ｓ１１のたわみとなるため、その力Ｆ２を力覚センサＳ１０によって検出することにより、軸芯ずれの方向だけでなく軸芯ずれ量も検知できるようになる。よって、第２の部品Ｓ２０はＲＣＣ Ｓ１１により軸芯の合う方向に移動しているが、ロボットＳ８の手首先端は移動していないため、図２１に示すように、ロボットＳ８を水平方向に移動させて、第２の部品Ｓ２０の軸芯とロボットの手首先端の軸芯を合わせることができる。
【００１０】
第２の部品Ｓ２０と第１の部品Ｓ１９の軸芯を合わせても、通常は若干位相がずれている。このため、図２２に示すように、第２の部品Ｓ２０に対して矢印で示すモーメントＭが作用する。位相合わせは力覚センサＳ１０によって検出されたこのモーメントＭと同じ方向を定め、図１１１に示すようにその方向にロボットＳ８の手首Ｓ８ａを回転させ、力覚センサＳ１０によりＺ軸方向の力が急激に変化した位置でロボットＳ８を停止させる。このように、力覚センサＳ１０とＲＣＣ Ｓ１１を併用することにより、軸芯及び位相を合わせることができるようになっている
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のロボットによる部品の自動組立て方法、特に軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法においては、接触動作時において部品の凹凸に伴う振動が発生し力センサデータにノイズがのりやすく、得られた力情報から軸心合わせの移動方向を正確に求めることは困難であり、嵌合挿入作業が確実にできない。さらに、歯数の多い遊星歯車減速機などは位相合わせの方向を特定するのは困難である。
【００１２】
また、力センサデータに基づいて軸心合わせの移動量を決定し移動後に動作確認し、その次に位相合わせを順次実行する方法であるため、作業の高速化が望めない。
【００１３】
したがって、この発明の目的は作業の信頼性の高い、高速作業が可能な軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法及び装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の部品自動組立方法は、位置決め機構によって位置決めされた第１の部品に対し、先端部のチャック機構によって第２の部品を把持したロボットを力制御を具備する制御装置により動作させて、前記第１の部品と前記第２の部品を自動で組立てる部品自動組立方法において、
ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を予め設定された精度幅で、前記第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する位置決め把持工程ｓｐ１と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧工程ｓｐ２と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する公転軌道生成工程ｓｐ３と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの正転逆転の周期的な回転量を生成する自転軌道生成工程ｓｐ４と、
ｅ）前記公転軌道生成工程ｓｐ３と前記自転軌道生成工程ｓｐ４で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧工程ｓｐ２による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行し、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程を即時に停止する嵌合工程ｓｐ５と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入工程ｓｐ６とよりなる。
【００１５】
また、本発明の部品自動組立装置は、前記ａ）〜ｆ）のそれぞれの工程を行う、位置決め把持手段と、押圧手段と、公転軌道生成手段と、自転軌道生成手段と、嵌合手段と、挿入手段とよりなる。
【００１６】
本発明によれば、力センサデータの出力を待ってから軸心合わせの移動量や位相合わせの移動量を生成するというような時系列上の制約無しに軸心合わせと位相合わせを同時に実行するため、作業を高速に行うことができる。
【００１７】
このロボットによる部品自動組立方法において、次の実施態様を採ることができる。
【００１８】
（１）前記位置決め把持工程ｓｐ１により、第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、第２の部品を予め設定された精度幅で、第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する。
【００１９】
これにより、ロボットの軌道生成に伴う座標変換の計算量を低減し作業の高速化が実現できる。
【００２０】
（２）前記公転軌道生成工程ｓｐ３により、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて移動方向と移動量を生成する。
【００２１】
これにより、位置決め精度の範囲内で、軸心を探索することができるため、不必要な範囲の探索をすることが無く、最短の探索時間で確実な軸心探索を行うことができる。
【００２２】
（３）前記自転軌道生成工程ｓｐ４により、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて回転量を生成する。
【００２３】
これにより、位置決め精度の範囲内で、嵌合可能な位相を探索することができるため、最短の探索時間で確実な位相探索を行うことができる。
【００２４】
（４）前記公転軌道生成工程ｓｐ３により、螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する。
【００２５】
これにより、位置信頼度の高い点から徐々に探索範囲を広げていくため、最短の時間で軸心探索を行うことができる。
【００２６】
（５）前記自転軌道生成工程ｓｐ４により、正転逆転の周期的な回転量を生成する。
【００２７】
これにより、両方向に回転させて位相合わせを行うため、必要十分な位相探索が可能である。
【００２８】
（６）前記嵌合工程ｓｐ５により、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程ｓｐ５を即時に停止する。
【００２９】
これにより、嵌合挿入方向への押し込み移動量を用いて、嵌合工程を認識するため、軸心と位相の両方が合ったことを同時に、しかもノイズの影響の小さい位置情報を基に認識しているため確実に嵌合したことを確認することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は本発明の部品自動組立方法を実施するための装置の基本構成を示す正面図、図２は本実施例１で用いる組立て対象部品の斜視図である。
【００３２】
図１において、１は組み立て対象部品である第２の部品４を把持するためのチャック機構、２はＸ，Ｙ，Ｚの３方向の並進自由度とＺ軸方向軸回りの回転自由度を有するロボット、３はロボット２を動作させるためのコントローラであり、記憶装置３ａとＣＰＵ３ｂ、デジタルサーボ回路３ｃを有している。デジタルサーボ回路３ｃはＣＰＵ３ｂの指令に基づいて位置と力の制御を行う。
【００３３】
図２は組立対象部品を示す斜視図であり、５は角形の穴部５ａを有する第１の部品、４は角形の穴部５ａが嵌合する角形の面取り部のある軸部４ａを有する第２の部品である。
【００３４】
図３は組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図であり、６は第１の部品５を位置決めするための位置決め機構、７は第２の部品４を装置に供給する部品供給機構である。
【００３５】
次に上記実施例１の動作について説明する。
【００３６】
まず、ＣＰＵ３ｂの指令に基づき位置決め把持工程ｓｐ１でロボット２を作動させ、チャック機構１で部品供給機構７によって供給された第２の部品４を把持する。そして、図３に示すようにロボット２を移動させてチャック機構１によって把持された第２の部品４を、位置決め機構６によって位置決めされた第１の部品５の上方に位置決めする。
【００３７】
次に、押圧工程ｓｐ２でロボット２の手首２ａを下降させて第２の部品４を第１の部品５に、予め設定された力で押し付ける。すると、第２の部品４を下降させる過程において、通常は第２の部品４は第１の部品５に対して若干軸芯がずれていることから、まず、第２の部品４の軸部下端の面取り部の一部が第１の部品５の穴部上端に接触する。ロボット２の繰り返し精度と位置決め機構６の精度と部品供給機構７の精度から軸心のずれる範囲はあらかじめ分かっているため、公転軌道生成工程ｓｐ３で図４に示すように、接触点位置ＣＰ１を中心にして螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成し、記憶装置３ａに記憶させる。
【００３８】
同様に自転軌道生成工程ｓｐ４では、回転誤差の範囲はあらかじめ分かっているため図５に示すように、正転逆転の周期的な回転量を生成し、記憶装置３ａに記憶させる。
【００３９】
嵌合工程ｓｐ５では前記公転軌道生成工程ｓｐ３と自転軌道生成工程ｓｐ４の生成結果に基づいて記憶装置３ａから動作量を取り出し前記押し圧工程ｓｐ２の押し圧を維持したまま、ロボット２を動作させることにより第２の部品４の制御点Ｃ１を移動させる。前記嵌合工程ｓｐ５の途中でフィードバック位置から算出した嵌合挿入方向への押し込み移動量が設定値以上となったら、軸心と位相が合ったと判断し、一旦ロボット２を停止させ挿入工程ｓｐ６に進む。
【００４０】
挿入工程ｓｐ６では、予め設定された移動量だけ挿入移動させ、ロボット２の動作を停止する。
【００４１】
ここで、公転軌道生成工程ｓｐ３の螺旋軌道型の移動方向と移動量の生成方法を図６、図７を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図６は、押圧工程ｓｐ２が完了した直後の第１部品５と第２部品４の断面図であり、作業座標系ＳのＺ軸は、第２部品４の嵌合挿入方向と反対向きで、作業座標系Ｓの原点は第２部品の先端の中心に位置する。
【００４３】
図７（ａ）は、作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図、図７（ｂ）は、作業座標系ＳのＸＹ平面図である。図７（ａ）において、ＭｉｎＹは螺旋軌道の最小半径でＭａｘＹは、Ｙ軸方向の螺旋軌道の最大半径で、ＭａｘＸは、Ｘ軸方向の螺旋軌道の最大半径である。前記ＭａｘＹとＭａｘＸは、位置決め精度から予想される位置ずれ範囲の最大量を設定する。コントローラ３の制御周期をΔｔとし、作業座標系Ｓを基準座標とした時刻Δｔ（ｎ−１）（ｎは１以上の整数）における螺旋軌道上の位置を（Ｓｘ（ｎ−１），Ｓｙ（ｎ−１））、時刻Δｔ（ｎ−１）までの総回転角度をＡｎｇｌｅ（ｎ−１）とすると、作業座標系Ｓの原点から（Ｓｘ（ｎ−１），Ｓｙ（ｎ−１））までの距離Ｒ（ｎ−１）は
【数１】
となる。ただし、係数ｋ、Ｂ、Ｃ、Ｎは以下の関係を満足する。
【００４４】
【数２】
予め設定された螺旋軌道の接線方向の周速度をＶとするとΔｔ秒後の角度増分量Δθは
【数３】
となる。時刻Δｔ＊ｎまでの総回転角度Ａｎｇｌｅ（ｎ）は
【数４】
となり、時刻Δｔ＊ｎの螺旋軌道上の位置（Ｓｘ（ｎ），Ｓｙ（ｎ））は
【数５】
となる。
【００４５】
変換行列
【数６】
がワールド座標系Ｗに基づく作業座標系Ｓを表すとすると、ワールド座標系Ｗを基準座標とした場合の、時刻Δｔ＊ｎの位置（Ｘ（ｎ），Ｙ（ｎ），Ｚ（ｎ））は、
【数７】
となり、時刻Δｔ＊ｎでの移動量と移動方向を示すベクトル（ΔＸ（ｎ），ΔＹ（ｎ），ΔＺ（ｎ））は
【数８】
と求まる。（式１）から（式７）までの生成を
Ｒ（ｎ−１）＞ＭａｘＸ …（式８）
になるまで繰り返し行い、生成結果とともに（式８）を満足するｎの値ＭａｘＮを記憶装置３ａに記憶する。
【００４６】
次に、自転軌道生成工程ｓｐ４の正転逆転の周期的な回転量の生成方法を図８、図９を用いて詳細に説明する。図８は作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図で、座標系Ｃ（ｎ）は時刻Δｔ*ｎでの螺旋型公転軌道の位置（Ｓｘ（ｎ）、Ｓｙ（ｎ））における第２部品４の先端の姿勢座標で、Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ），Ｃｚ（ｎ）は座標系Ｃ（ｎ）の基底ベクトルである。Ｃｘ（ｎ−１），Ｃｙ（ｎ−１），Ｃｚ（ｎ−１）は時刻Δｔ（ｎ−１）での座標系Ｃ（ｎ−１）の基底ベクトルである。ここでは、姿勢変化のみを扱うため座標系Ｃ（ｎ−１）とＣ（ｎ）の座標原点を同一位置で表示している。Ｃ（ｎ）のワールド座標系Ｗを基準とした姿勢行列を
【数９】
とし、第２の部品４の嵌合挿入方向軸回り正転方向の１制御周期毎の姿勢変化の回転行列を、
【数１０】
とすると
【数１１】
の関係式が成立する。
【００４７】
ロボットのワールド座標系Ｗを基準とした、Ｃ（ｎ−１）からＣ（ｎ）への変換行列ΔＲ（ｎ）は
【数１２】
より、（式９）を用いて
【数１３】
となる。
【００４８】
同様にして、逆転方向の場合の変換行列ΔＲ（ｎ）も求まる。図９は（式９）から（式１１）を用いて周期的な回転を生成する方法の処理フローである。図９においてＳ１２で、回転の角度誤差（ＤｅｌｔａＡｎｇ）をセットし、Ｓ１３で正転と逆転の切り替えの周期を、制御周期のクロック数（Ｆ）でセットし、Ｓ１４で制御周期毎の回転角度（Δθ）を算出し、前記（式９）、（式１０）、（式１１）を用いて、時刻Δｔ＊ｎでの変換行列ΔＲ（ｎ）が求まる。ｎが前記、公転軌道生成工程ｓｐ３で記憶装置３ａに記憶させたＭａｘＮになるまで生成する。
【００４９】
＜実施例２＞
図１０乃至図１２は実施例２を示す説明図であり、図１０はＲＶ減速機８の断面図で、対向する歯車８ａと８ｂを有し位置決め保持するための位置決め機構１０に設置されている。図１１はＲＶ減速機８へ動力伝達するためのインプット歯車９の断面図で、歯車９ａを有し、装置に供給する部品供給機構１１に設置されている。本実施例２における組立作業では、インプット歯車９を、ＲＶ減速機８の対向する歯車８ａと８ｂの中心位置に、軸心と位相を合わせて嵌合挿入することになる。このとき、歯車８ａと８ｂは固定されていないため、組立作業中に歯車９ａと歯車８ａ，８ｂとの接触摩擦により、歯の位置が組立作業前の位置からずれるため、従来の組立て作業前の視覚センサによる位相合わせだけでは組み立てができない。
【００５０】
次に本実施例２の動作について説明する。まず、ＣＰＵ３ｂの指令に基づき位置決め把持工程ｓｐ１でロボット２を作動させ、チャック機構１で部品供給機構１１によって供給されたインプット歯車９を把持する。そして、図１１に示すようにロボット２を移動させてチャック機構１によって把持されたインプット歯車９を、位置決め機構１０によって位置決めされたＲＶ減速機８の上方に位置決めする。次に、押圧工程ｓｐ２でロボット２の手首２ａを下降させてインプット歯車９をＲＶ減速機８に、予め設定された力で押し付ける。すると、第２の部品４を下降させる過程において、通常はインプット歯車９はＲＶ減速機８に対して若干軸芯がずれていることから、インプット歯車９の軸部下端の面取り部の一部が歯車８ａもしくは８ｂの穴部上端に接触する。軸心のずれる範囲はあらかじめ分かっているため、実施例１の場合と同じように公転軌道生成工程ｓｐ３で、接触点位置を中心として螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成し生成結果を、記憶装置３ａに記憶する。同様に自転軌道生成工程ｓｐ４では、回転誤差の範囲はあらかじめ分かっているため図５に示すように、正転逆転の周期的な回転量を生成し生成結果を記憶装置３ａに記憶する。嵌合工程ｓｐ５では前記公転軌道生成工程ｓｐ３と自転軌道生成工程ｓｐ４の生成結果に基づいて前記押し圧工程ｓｐ２の押し圧を維持したまま、ロボット２を動作させることによりインプット歯車９の制御点Ｃ２を移動させる。この嵌合工程における状態を図１２に示す。前記嵌合工程ｓｐ５の途中でフィードバック位置から算出した嵌合挿入方向への押し込み移動量が設定値以上となったら、軸心と位相が合ったと判断し、一旦ロボット２を停止させ挿入工程ｓｐ６に進む。挿入工程ｓｐ６では、予め設定された移動量だけ挿入移動させ、ロボット２の動作を停止する。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
【００５２】
（１）ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を把持する位置決め把持工程ｓｐ１と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧工程ｓｐ２と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記第２の部品の探索的な移動方向と移動量を生成する公転軌道生成工程ｓｐ３と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの回転量を生成する自転軌道生成工程ｓｐ４と、
ｅ）前記公転軌道生成工程ｓｐ３と前記自転軌道生成工程ｓｐ４で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧工程ｓｐ２による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行する嵌合工程ｓｐ５と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入工程ｓｐ６と
よりなるロボットによる部品自動組立方法により、力センサデータの出力を待ってから軸心合わせの移動量や位相合わせの移動量を演算するというような時系列上の制約無しに軸心合わせと位相合わせを同時に実行するため、作業を高速に行うことができる。
【００５３】
（２）位置決め把持工程ｓｐ１により、第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、第２の部品を予め設定された精度幅で、第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持することにより、ロボットの軌道生成に伴う座標変換の計算量を低減し作業の高速化が実現できる。
【００５４】
（３）公転軌道生成工程ｓｐ３により、位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて移動方向と移動量を生成することにより、位置決め精度の範囲内で、軸心を探索することができるため、不必要な範囲の探索をすることが無く、最短の探索時間で確実な軸心探索を行うことができる。
【００５５】
（４）自転軌道生成工程ｓｐ４により、位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて回転量を生成することにより、位置決め精度の範囲内で、嵌合可能な位相を探索することができるため、最短の探索時間で確実な位相探索を行うことができる。
【００５６】
（５）公転軌道生成工程ｓｐ３により、螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成することにより、位置信頼度の高い点から徐々に探索範囲を広げていくため、最短の時間で軸心探索を行うことができる。
【００５７】
（６）自転軌道生成工程ｓｐ４により、正転逆転の周期的な回転量を生成することにより、両方向に回転させて位相合わせを行うため、必要十分な位相探索が可能である。
【００５８】
（７）嵌合工程ｓｐ５により、第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程ｓｐ５を即時に停止することにより、嵌合挿入方向への押し込み移動量を用いて、嵌合工程を認識するため、軸心と位相の両方が合ったことを同時に、しかもノイズの影響の小さい位置情報を基に認識しているため確実に嵌合したことを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品自動組立方法を実施するための装置の基本構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例１で用いる組立て対象部品の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１で用いる組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図である。
【図４】本発明の公転軌道生成工程の模式図である。
【図５】本発明の自転軌道生成工程の模式図である。
【図６】本発明の実施例１の押圧工程ｓｐ２が完了した直後の第１部品５と第２部品４の断面図である。
【図７】（ａ）は、作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図、（ｂ）は作業座標系ＳのＸＹ平面図である。
【図８】作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図である。
【図９】周期的な回転を生成する方法の処理フロー図である。
【図１０】本発明の実施例２のＲＶ減速機の断面図である。
【図１１】本発明の実施例２のＲＶ減速機へ動力伝達するためのインプット歯車の断面図である。
【図１２】本発明の実施例２の嵌合工程における状態の一部切欠正面図である。
【図１３】従来の自動組立て装置の基本構成を示す正面図である。
【図１４】図１３のコンプライアンス機構の部分拡大図である。
【図１５】従来の実施例における組立て対象部品を示す斜視図である。
【図１６】従来の実施例における組立て対象部品の位置決め並びにその部品供給を示す断面図である。
【図１７】従来の実施例における４軸力覚センサの計測信号の伝達系の構成図である。
【図１８】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図１９】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２０】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２１】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２２】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【符号の説明】
１ チャック機構
２ ロボット
３ コントローラ
３ａ 記憶装置
３ｂ ＣＰＵ
３ｃ デジタルサーボ回路
４ 第２の部品
４ａ 第２の部品の軸部
５ 第１の部品
５ａ 第１の部品の穴部
６ 位置決め機構
７ 部品供給機構
８ ＲＶ減速機
８ａ ＲＶ減速機の歯車
８ｂ ＲＶ減速機の歯車
９ インプット歯車
９ａ 歯車
１０ 位置決め機構
１１ 部品供給機構
ＳＰ１ 位置決め把持工程
ＳＰ２ 押圧工程
ＳＰ３ 公転軌道生成工程
ＳＰ４ 自転軌道生成工程
ＳＰ５ 嵌合工程
ＳＰ６ 挿入工程
ＳＰ７ 終了
Ｓ 作業座標系
Ｃ１ 制御点
Ｓ７ チャック機構
Ｓ８ ロボット機構
Ｓ８ａ 手首
Ｓ９ 連結機構
Ｓ１０ 力覚センサ
Ｓ１１ ＲＣＣ
Ｓ１２ コンプライアンス機構
Ｓ１３ ガイド
Ｓ１４ 圧縮コイルバネ
Ｓ１５ 近接スイッチ
Ｓ１５ａ 検出部材
Ｓ１６ 板
Ｓ１７ 板
Ｓ１９ 第１の部品
Ｓ１９ａ 第１の部品の穴部
Ｓ２０ 第２の部品
Ｓ２０ａ 第２の部品の軸部
Ｓ２１ 位置決め機構
Ｓ２２ 部品供給機構
Ｓ５１ 生成器
Ｓ５２ ロボットコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットによる部品の自動組立て、特に軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軸心及び位相を合わせなければ組み立てることができない部品をロボットにより自動で組立てる方法においては、ロボット先端に専用工具を設置してＣＣＤカメラなどにより位相を予め合わせた上で組立てを行う方法やロボット先端に設置された力センサの計測データから軸心合わせの移動方向や移動量を生成し軸心を合わせ、引き続き前記力センサの計測データから位相合わせの移動量を生成し、順次嵌合挿入を行う組立て方法があった。
【０００３】
その中において特開平０７−２４１７３３号公報には、ロボット先端に設置された力センサの計測データから軸心合わせの移動方向や移動量を生成し軸心を合わせ、引き続き前記力センサの計測データから位相合わせの移動量を生成し、順次嵌合挿入を行う組立て方法が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。
【０００４】
図１３は基本構成を示す正面図、図１４は図１３の部分拡大図である。図１３、図１４において、４軸力覚センサＳ１０はロボットＳ８の手首先端Ｓ８ａとＺ軸コンプライアンス機構Ｓ１２との間に設けられている。これにより４軸力覚センサＳ１０と６自由度コンプライアンス機構となる。これは、ＲＣＣ（ＲＥＭＯＴＥ ＣＥＮＴＥＲ ＣＯＭＰＬＩＡＮＣＥ）Ｓ１１は嵌合挿入方向以外の位置及び姿勢の５自由度をもつコンプライアンス機構であり、これにＺ軸コンプライアンス機構Ｓ１２を併用すると、６自由度のコンプライアンス機構となるからである。
【０００５】
図１５は組立対象部品を示す斜視図であり、図１５において、Ｓ１９は角形の穴部Ｓ１９ａを有する第１の部品、Ｓ２０は角形の穴部Ｓ１９ａが嵌合する角形の面取り部のある軸部Ｓ２０ａを有する第２の部品である。
【０００６】
図１６は組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図であり、Ｓ２１は第１の部品Ｓ１９を位置決め保持するための位置決め機構、Ｓ２２は第２の部品Ｓ２０をロボットＳ８に供給する部品供給機構である。
【０００７】
図１７は４軸力覚センサＳ１０の計測信号の伝達系の構成図を示すもので、Ｓ５１は４軸力覚センサＳ１０が計測したＸ，Ｙ，Ｚ方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びθ軸回りのモーメントＭｚを入力し、この各力及びモーメンを移動量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及びΔθに変換するマイクロコンピュータなどの演算器、Ｓ５２は演算器Ｓ５１からの移動量に応じて、第１の部品Ｓ１９と第２の部品Ｓ２０とを相対的に移動量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及びΔθ移動させるロボットコントローラである。
【０００８】
次に従来例の動作について説明する。まず、ロボットＳ８を作動させ、チャック機構Ｓ７で部品供給機構Ｓ２２によって供給された第２の部品Ｓ２０を把持する。そして、図１８に示すようにロボットＳ８を移動させてチャック機構Ｓ７によって把持された第２の部品Ｓ２０を、位置決め機構Ｓ２１によって位置決めされた第１の部品Ｓ１９の上方に位置決めする。次に、ロボットＳ８の手首Ｓ８ａを下降させて第２の部品Ｓ２０を第１の部品Ｓ１９に、ＲＣＣ Ｓ１１の作用により軸芯が合う押し付け力以上の力で押し付ける。
【０００９】
すると、第２の部品Ｓ２０を下降させる過程において、通常は第２の部品Ｓ２０は第１の部品Ｓ１９に対して若干軸芯がずれていることから、まず、第２の部品Ｓ２０の軸部下端の面取り部の一部が第１の部品Ｓ１９の穴部上端に接触する。このため、図１９に示すように、第２の部品Ｓ２０に対して矢印方向に力Ｆ１が作用する。この力Ｆ１によりＲＣＣ Ｓ１１が作用し、第２の部品Ｓ２０が軸芯を合わす方向に移動する。上記のように、力覚センサＳ１０とＲＣＣ Ｓ１１を併用していることにより、図２０に示すように軸芯ずれ量はＲＣＣ Ｓ１１のたわみとなるため、その力Ｆ２を力覚センサＳ１０によって検出することにより、軸芯ずれの方向だけでなく軸芯ずれ量も検知できるようになる。よって、第２の部品Ｓ２０はＲＣＣ Ｓ１１により軸芯の合う方向に移動しているが、ロボットＳ８の手首先端は移動していないため、図２１に示すように、ロボットＳ８を水平方向に移動させて、第２の部品Ｓ２０の軸芯とロボットの手首先端の軸芯を合わせることができる。
【００１０】
第２の部品Ｓ２０と第１の部品Ｓ１９の軸芯を合わせても、通常は若干位相がずれている。このため、図２２に示すように、第２の部品Ｓ２０に対して矢印で示すモーメントＭが作用する。位相合わせは力覚センサＳ１０によって検出されたこのモーメントＭと同じ方向を定め、図１１１に示すようにその方向にロボットＳ８の手首Ｓ８ａを回転させ、力覚センサＳ１０によりＺ軸方向の力が急激に変化した位置でロボットＳ８を停止させる。このように、力覚センサＳ１０とＲＣＣ Ｓ１１を併用することにより、軸芯及び位相を合わせることができるようになっている
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のロボットによる部品の自動組立て方法、特に軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法においては、接触動作時において部品の凹凸に伴う振動が発生し力センサデータにノイズがのりやすく、得られた力情報から軸心合わせの移動方向を正確に求めることは困難であり、嵌合挿入作業が確実にできない。さらに、歯数の多い遊星歯車減速機などは位相合わせの方向を特定するのは困難である。
【００１２】
また、力センサデータに基づいて軸心合わせの移動量を決定し移動後に動作確認し、その次に位相合わせを順次実行する方法であるため、作業の高速化が望めない。
【００１３】
したがって、この発明の目的は作業の信頼性の高い、高速作業が可能な軸芯及び位相合わせを必要とする部品の嵌合挿入を自動的に行う部品自動組立方法及び装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の部品自動組立方法は、位置決め機構によって位置決めされた第１の部品に対し、先端部のチャック機構によって第２の部品を把持したロボットを力制御を具備する制御装置により動作させて、前記第１の部品と前記第２の部品を自動で組立てる部品自動組立方法において、
ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を予め設定された精度幅で、前記第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する位置決め把持工程ｓｐ１と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧工程ｓｐ２と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する公転軌道生成工程ｓｐ３と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの正転逆転の周期的な回転量を生成する自転軌道生成工程ｓｐ４と、
ｅ）前記公転軌道生成工程ｓｐ３と前記自転軌道生成工程ｓｐ４で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧工程ｓｐ２による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行し、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程を即時に停止する嵌合工程ｓｐ５と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入工程ｓｐ６とよりなる。
【００１５】
また、本発明の部品自動組立装置は、前記ａ）〜ｆ）のそれぞれの工程を行う、位置決め把持手段と、押圧手段と、公転軌道生成手段と、自転軌道生成手段と、嵌合手段と、挿入手段とよりなる。
【００１６】
本発明によれば、力センサデータの出力を待ってから軸心合わせの移動量や位相合わせの移動量を生成するというような時系列上の制約無しに軸心合わせと位相合わせを同時に実行するため、作業を高速に行うことができる。
【００１７】
このロボットによる部品自動組立方法において、次の実施態様を採ることができる。
【００１８】
（１）前記位置決め把持工程ｓｐ１により、第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、第２の部品を予め設定された精度幅で、第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する。
【００１９】
これにより、ロボットの軌道生成に伴う座標変換の計算量を低減し作業の高速化が実現できる。
【００２０】
（２）前記公転軌道生成工程ｓｐ３により、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて移動方向と移動量を生成する。
【００２１】
これにより、位置決め精度の範囲内で、軸心を探索することができるため、不必要な範囲の探索をすることが無く、最短の探索時間で確実な軸心探索を行うことができる。
【００２２】
（３）前記自転軌道生成工程ｓｐ４により、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて回転量を生成する。
【００２３】
これにより、位置決め精度の範囲内で、嵌合可能な位相を探索することができるため、最短の探索時間で確実な位相探索を行うことができる。
【００２４】
（４）前記公転軌道生成工程ｓｐ３により、螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する。
【００２５】
これにより、位置信頼度の高い点から徐々に探索範囲を広げていくため、最短の時間で軸心探索を行うことができる。
【００２６】
（５）前記自転軌道生成工程ｓｐ４により、正転逆転の周期的な回転量を生成する。
【００２７】
これにより、両方向に回転させて位相合わせを行うため、必要十分な位相探索が可能である。
【００２８】
（６）前記嵌合工程ｓｐ５により、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程ｓｐ５を即時に停止する。
【００２９】
これにより、嵌合挿入方向への押し込み移動量を用いて、嵌合工程を認識するため、軸心と位相の両方が合ったことを同時に、しかもノイズの影響の小さい位置情報を基に認識しているため確実に嵌合したことを確認することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は本発明の部品自動組立方法を実施するための装置の基本構成を示す正面図、図２は本実施例１で用いる組立て対象部品の斜視図である。
【００３２】
図１において、１は組み立て対象部品である第２の部品４を把持するためのチャック機構、２はＸ，Ｙ，Ｚの３方向の並進自由度とＺ軸方向軸回りの回転自由度を有するロボット、３はロボット２を動作させるためのコントローラであり、記憶装置３ａとＣＰＵ３ｂ、デジタルサーボ回路３ｃを有している。デジタルサーボ回路３ｃはＣＰＵ３ｂの指令に基づいて位置と力の制御を行う。
【００３３】
図２は組立対象部品を示す斜視図であり、５は角形の穴部５ａを有する第１の部品、４は角形の穴部５ａが嵌合する角形の面取り部のある軸部４ａを有する第２の部品である。
【００３４】
図３は組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図であり、６は第１の部品５を位置決めするための位置決め機構、７は第２の部品４を装置に供給する部品供給機構である。
【００３５】
次に上記実施例１の動作について説明する。
【００３６】
まず、ＣＰＵ３ｂの指令に基づき位置決め把持工程ｓｐ１でロボット２を作動させ、チャック機構１で部品供給機構７によって供給された第２の部品４を把持する。そして、図３に示すようにロボット２を移動させてチャック機構１によって把持された第２の部品４を、位置決め機構６によって位置決めされた第１の部品５の上方に位置決めする。
【００３７】
次に、押圧工程ｓｐ２でロボット２の手首２ａを下降させて第２の部品４を第１の部品５に、予め設定された力で押し付ける。すると、第２の部品４を下降させる過程において、通常は第２の部品４は第１の部品５に対して若干軸芯がずれていることから、まず、第２の部品４の軸部下端の面取り部の一部が第１の部品５の穴部上端に接触する。ロボット２の繰り返し精度と位置決め機構６の精度と部品供給機構７の精度から軸心のずれる範囲はあらかじめ分かっているため、公転軌道生成工程ｓｐ３で図４に示すように、接触点位置ＣＰ１を中心にして螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成し、記憶装置３ａに記憶させる。
【００３８】
同様に自転軌道生成工程ｓｐ４では、回転誤差の範囲はあらかじめ分かっているため図５に示すように、正転逆転の周期的な回転量を生成し、記憶装置３ａに記憶させる。
【００３９】
嵌合工程ｓｐ５では前記公転軌道生成工程ｓｐ３と自転軌道生成工程ｓｐ４の生成結果に基づいて記憶装置３ａから動作量を取り出し前記押し圧工程ｓｐ２の押し圧を維持したまま、ロボット２を動作させることにより第２の部品４の制御点Ｃ１を移動させる。前記嵌合工程ｓｐ５の途中でフィードバック位置から算出した嵌合挿入方向への押し込み移動量が設定値以上となったら、軸心と位相が合ったと判断し、一旦ロボット２を停止させ挿入工程ｓｐ６に進む。
【００４０】
挿入工程ｓｐ６では、予め設定された移動量だけ挿入移動させ、ロボット２の動作を停止する。
【００４１】
ここで、公転軌道生成工程ｓｐ３の螺旋軌道型の移動方向と移動量の生成方法を図６、図７を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図６は、押圧工程ｓｐ２が完了した直後の第１部品５と第２部品４の断面図であり、作業座標系ＳのＺ軸は、第２部品４の嵌合挿入方向と反対向きで、作業座標系Ｓの原点は第２部品の先端の中心に位置する。
【００４３】
図７（ａ）は、作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図、図７（ｂ）は、作業座標系ＳのＸＹ平面図である。図７（ａ）において、ＭｉｎＹは螺旋軌道の最小半径でＭａｘＹは、Ｙ軸方向の螺旋軌道の最大半径で、ＭａｘＸは、Ｘ軸方向の螺旋軌道の最大半径である。前記ＭａｘＹとＭａｘＸは、位置決め精度から予想される位置ずれ範囲の最大量を設定する。コントローラ３の制御周期をΔｔとし、作業座標系Ｓを基準座標とした時刻Δｔ（ｎ−１）（ｎは１以上の整数）における螺旋軌道上の位置を（Ｓｘ（ｎ−１），Ｓｙ（ｎ−１））、時刻Δｔ（ｎ−１）までの総回転角度をＡｎｇｌｅ（ｎ−１）とすると、作業座標系Ｓの原点から（Ｓｘ（ｎ−１），Ｓｙ（ｎ−１））までの距離Ｒ（ｎ−１）は
【数１】
【００４４】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【００４５】
変換行列
【数６】
【数７】
【数８】
Ｒ（ｎ−１）＞ＭａｘＸ …（式８）
になるまで繰り返し行い、生成結果とともに（式８）を満足するｎの値ＭａｘＮを記憶装置３ａに記憶する。
【００４６】
次に、自転軌道生成工程ｓｐ４の正転逆転の周期的な回転量の生成方法を図８、図９を用いて詳細に説明する。図８は作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図で、座標系Ｃ（ｎ）は時刻Δｔ*ｎでの螺旋型公転軌道の位置（Ｓｘ（ｎ）、Ｓｙ（ｎ））における第２部品４の先端の姿勢座標で、Ｃｘ（ｎ），Ｃｙ（ｎ），Ｃｚ（ｎ）は座標系Ｃ（ｎ）の基底ベクトルである。Ｃｘ（ｎ−１），Ｃｙ（ｎ−１），Ｃｚ（ｎ−１）は時刻Δｔ（ｎ−１）での座標系Ｃ（ｎ−１）の基底ベクトルである。ここでは、姿勢変化のみを扱うため座標系Ｃ（ｎ−１）とＣ（ｎ）の座標原点を同一位置で表示している。Ｃ（ｎ）のワールド座標系Ｗを基準とした姿勢行列を
【数９】
【数１０】
【数１１】
【００４７】
ロボットのワールド座標系Ｗを基準とした、Ｃ（ｎ−１）からＣ（ｎ）への変換行列ΔＲ（ｎ）は
【数１２】
【数１３】
【００４８】
同様にして、逆転方向の場合の変換行列ΔＲ（ｎ）も求まる。図９は（式９）から（式１１）を用いて周期的な回転を生成する方法の処理フローである。図９においてＳ１２で、回転の角度誤差（ＤｅｌｔａＡｎｇ）をセットし、Ｓ１３で正転と逆転の切り替えの周期を、制御周期のクロック数（Ｆ）でセットし、Ｓ１４で制御周期毎の回転角度（Δθ）を算出し、前記（式９）、（式１０）、（式１１）を用いて、時刻Δｔ＊ｎでの変換行列ΔＲ（ｎ）が求まる。ｎが前記、公転軌道生成工程ｓｐ３で記憶装置３ａに記憶させたＭａｘＮになるまで生成する。
【００４９】
＜実施例２＞
図１０乃至図１２は実施例２を示す説明図であり、図１０はＲＶ減速機８の断面図で、対向する歯車８ａと８ｂを有し位置決め保持するための位置決め機構１０に設置されている。図１１はＲＶ減速機８へ動力伝達するためのインプット歯車９の断面図で、歯車９ａを有し、装置に供給する部品供給機構１１に設置されている。本実施例２における組立作業では、インプット歯車９を、ＲＶ減速機８の対向する歯車８ａと８ｂの中心位置に、軸心と位相を合わせて嵌合挿入することになる。このとき、歯車８ａと８ｂは固定されていないため、組立作業中に歯車９ａと歯車８ａ，８ｂとの接触摩擦により、歯の位置が組立作業前の位置からずれるため、従来の組立て作業前の視覚センサによる位相合わせだけでは組み立てができない。
【００５０】
次に本実施例２の動作について説明する。まず、ＣＰＵ３ｂの指令に基づき位置決め把持工程ｓｐ１でロボット２を作動させ、チャック機構１で部品供給機構１１によって供給されたインプット歯車９を把持する。そして、図１１に示すようにロボット２を移動させてチャック機構１によって把持されたインプット歯車９を、位置決め機構１０によって位置決めされたＲＶ減速機８の上方に位置決めする。次に、押圧工程ｓｐ２でロボット２の手首２ａを下降させてインプット歯車９をＲＶ減速機８に、予め設定された力で押し付ける。すると、第２の部品４を下降させる過程において、通常はインプット歯車９はＲＶ減速機８に対して若干軸芯がずれていることから、インプット歯車９の軸部下端の面取り部の一部が歯車８ａもしくは８ｂの穴部上端に接触する。軸心のずれる範囲はあらかじめ分かっているため、実施例１の場合と同じように公転軌道生成工程ｓｐ３で、接触点位置を中心として螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成し生成結果を、記憶装置３ａに記憶する。同様に自転軌道生成工程ｓｐ４では、回転誤差の範囲はあらかじめ分かっているため図５に示すように、正転逆転の周期的な回転量を生成し生成結果を記憶装置３ａに記憶する。嵌合工程ｓｐ５では前記公転軌道生成工程ｓｐ３と自転軌道生成工程ｓｐ４の生成結果に基づいて前記押し圧工程ｓｐ２の押し圧を維持したまま、ロボット２を動作させることによりインプット歯車９の制御点Ｃ２を移動させる。この嵌合工程における状態を図１２に示す。前記嵌合工程ｓｐ５の途中でフィードバック位置から算出した嵌合挿入方向への押し込み移動量が設定値以上となったら、軸心と位相が合ったと判断し、一旦ロボット２を停止させ挿入工程ｓｐ６に進む。挿入工程ｓｐ６では、予め設定された移動量だけ挿入移動させ、ロボット２の動作を停止する。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
【００５２】
（１）ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を把持する位置決め把持工程ｓｐ１と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧工程ｓｐ２と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記第２の部品の探索的な移動方向と移動量を生成する公転軌道生成工程ｓｐ３と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの回転量を生成する自転軌道生成工程ｓｐ４と、
ｅ）前記公転軌道生成工程ｓｐ３と前記自転軌道生成工程ｓｐ４で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧工程ｓｐ２による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行する嵌合工程ｓｐ５と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入工程ｓｐ６と
よりなるロボットによる部品自動組立方法により、力センサデータの出力を待ってから軸心合わせの移動量や位相合わせの移動量を演算するというような時系列上の制約無しに軸心合わせと位相合わせを同時に実行するため、作業を高速に行うことができる。
【００５３】
（２）位置決め把持工程ｓｐ１により、第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、第２の部品を予め設定された精度幅で、第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持することにより、ロボットの軌道生成に伴う座標変換の計算量を低減し作業の高速化が実現できる。
【００５４】
（３）公転軌道生成工程ｓｐ３により、位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて移動方向と移動量を生成することにより、位置決め精度の範囲内で、軸心を探索することができるため、不必要な範囲の探索をすることが無く、最短の探索時間で確実な軸心探索を行うことができる。
【００５５】
（４）自転軌道生成工程ｓｐ４により、位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて回転量を生成することにより、位置決め精度の範囲内で、嵌合可能な位相を探索することができるため、最短の探索時間で確実な位相探索を行うことができる。
【００５６】
（５）公転軌道生成工程ｓｐ３により、螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成することにより、位置信頼度の高い点から徐々に探索範囲を広げていくため、最短の時間で軸心探索を行うことができる。
【００５７】
（６）自転軌道生成工程ｓｐ４により、正転逆転の周期的な回転量を生成することにより、両方向に回転させて位相合わせを行うため、必要十分な位相探索が可能である。
【００５８】
（７）嵌合工程ｓｐ５により、第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程ｓｐ５を即時に停止することにより、嵌合挿入方向への押し込み移動量を用いて、嵌合工程を認識するため、軸心と位相の両方が合ったことを同時に、しかもノイズの影響の小さい位置情報を基に認識しているため確実に嵌合したことを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品自動組立方法を実施するための装置の基本構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例１で用いる組立て対象部品の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１で用いる組立対象部品及びその位置決めまたは部品供給を示す断面図である。
【図４】本発明の公転軌道生成工程の模式図である。
【図５】本発明の自転軌道生成工程の模式図である。
【図６】本発明の実施例１の押圧工程ｓｐ２が完了した直後の第１部品５と第２部品４の断面図である。
【図７】（ａ）は、作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図、（ｂ）は作業座標系ＳのＸＹ平面図である。
【図８】作業座標系Ｓを参照座標として生成された螺旋軌道の斜視図である。
【図９】周期的な回転を生成する方法の処理フロー図である。
【図１０】本発明の実施例２のＲＶ減速機の断面図である。
【図１１】本発明の実施例２のＲＶ減速機へ動力伝達するためのインプット歯車の断面図である。
【図１２】本発明の実施例２の嵌合工程における状態の一部切欠正面図である。
【図１３】従来の自動組立て装置の基本構成を示す正面図である。
【図１４】図１３のコンプライアンス機構の部分拡大図である。
【図１５】従来の実施例における組立て対象部品を示す斜視図である。
【図１６】従来の実施例における組立て対象部品の位置決め並びにその部品供給を示す断面図である。
【図１７】従来の実施例における４軸力覚センサの計測信号の伝達系の構成図である。
【図１８】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図１９】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２０】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２１】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【図２２】従来の実施例における部品自動組立て方法を説明する正面図である。
【符号の説明】
１ チャック機構
２ ロボット
３ コントローラ
３ａ 記憶装置
３ｂ ＣＰＵ
３ｃ デジタルサーボ回路
４ 第２の部品
４ａ 第２の部品の軸部
５ 第１の部品
５ａ 第１の部品の穴部
６ 位置決め機構
７ 部品供給機構
８ ＲＶ減速機
８ａ ＲＶ減速機の歯車
８ｂ ＲＶ減速機の歯車
９ インプット歯車
９ａ 歯車
１０ 位置決め機構
１１ 部品供給機構
ＳＰ１ 位置決め把持工程
ＳＰ２ 押圧工程
ＳＰ３ 公転軌道生成工程
ＳＰ４ 自転軌道生成工程
ＳＰ５ 嵌合工程
ＳＰ６ 挿入工程
ＳＰ７ 終了
Ｓ 作業座標系
Ｃ１ 制御点
Ｓ７ チャック機構
Ｓ８ ロボット機構
Ｓ８ａ 手首
Ｓ９ 連結機構
Ｓ１０ 力覚センサ
Ｓ１１ ＲＣＣ
Ｓ１２ コンプライアンス機構
Ｓ１３ ガイド
Ｓ１４ 圧縮コイルバネ
Ｓ１５ 近接スイッチ
Ｓ１５ａ 検出部材
Ｓ１６ 板
Ｓ１７ 板
Ｓ１９ 第１の部品
Ｓ１９ａ 第１の部品の穴部
Ｓ２０ 第２の部品
Ｓ２０ａ 第２の部品の軸部
Ｓ２１ 位置決め機構
Ｓ２２ 部品供給機構
Ｓ５１ 生成器
Ｓ５２ ロボットコントローラ
Claims (2)
- 位置決め機構によって位置決めされた第１の部品に対し、先端部のチャック機構によって第２の部品を把持したロボットを力制御を具備する制御装置により動作させて、前記第１の部品と前記第２の部品を自動で組立てる部品自動組立方法において、
ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を予め設定された精度幅で、前記第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する位置決め把持工程ｓｐ１と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧工程ｓｐ２と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する公転軌道生成工程ｓｐ３と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記位置決め把持工程ｓｐ１の位置決め精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの正転逆転の周期的な回転量を生成する自転軌道生成工程ｓｐ４と、
ｅ）前記公転軌道生成工程ｓｐ３と前記自転軌道生成工程ｓｐ４で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧工程ｓｐ２による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行し、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、当該嵌合工程を即時に停止する嵌合工程ｓｐ５と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入工程ｓｐ６とよりなるロボットによる部品自動組立方法。 - 位置決め機構によって位置決めされた第１の部品に対し、先端部のチャック機構によって第２の部品を把持したロボットを力制御を具備する制御装置により動作させて、前記第１の部品と前記第２の部品を自動で組立てる部品自動組立装置において、
ａ）前記位置決め機構により前記第１の部品を予め設定された精度幅で位置決めし、前記チャック機構により前記第２の部品を予め設定された精度幅で、前記第２の部品の挿入方向とロボットの動作座標系のいずれかの軸方向とが平行となるように把持する位置決め把持手段と、
ｂ）前記第２の部品を前記第１の部品に嵌合挿入方向に押圧する押圧手段と、
ｃ）前記第２の部品と前記第１の部品の軸心合わせのために、前記位置決め把持手段の前記精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な螺旋軌道型の移動方向と移動量を生成する公転軌道生成手段と、
ｄ）前記第２の部品と前記第１の部品の位相合せのために、前記位置決め把持手段の前記精度幅に応じて前記第２の部品の探索的な嵌合挿入方向軸回りの正転逆転の周期的な回転量を生成する自転軌道生成手段と、
ｅ）前記公転軌道生成手段と前記自転軌道生成手段で生成した移動量と移動方向と回転量で、前記第２の部品を前記押圧手段による押圧を維持したまま移動させて、軸心合わせと位相合わせを同時に実行し、前記第２の部品の嵌合挿入方向への押し込み移動量が、所定値より大きくなった場合、嵌合工程を即時に停止する嵌合手段と、
ｆ）前記第２の部品を前記第１の部品に対して嵌合挿入方向に移動させる挿入手段とよりなるロボットによる部品自動組立装置。
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